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" PROCEDE DE REGLAGE DE GENERATEURS DE VAPEUR CHAUFFES PAR DEFLAGRATION DU COMBUSTIBLE "
La présente invention a pour objet un prooédé de réglage pour générateurs de vapeur chauffés par défla- gration du combustible ( que l'on désignera brièvement dans ce qui suit sous le nom de " générateurs à déflagration " , @ dans lesquels on fait déflagrer en vase olos un mélange de combustible et d'air, l'élévation de pression résultant de
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la déflagration étant utilisée à l'obtention de vitesses d'écoulement très grandes des produits de la combustion, dans le but de porter au maximum le pouvoir de transmis- sion calorifique du système.
Le mélange de combustible et d'air à faire déflagrer est refoulé dans les récipients avec une certaine compression au moyen d'un compresseur. La com- mande du compresseur est assurée par une turbine à gaz ali- mentée par les produits de combustion, qui possèdent encore une tension suffisamment élevée pour cet usage.
Suivant la quantité de vapeur à produire (c'est-à- dire suivant la charge) il faut, comme pour tous les géné- rateurs de vapeur en général, amener au foyer plus ou moins de combustible. Mais tandis que, pour un générateur de va- peur du type ordinaire, le réglage de la quantité de combus- tible alimentée consiste principalement à modifier le dosage du mélange, et aussi, mais dans une moindre mesure, à faire varier la quantité du dit mélange, on a la faculté, avec le générateur à déflagration, d'agir pour le réglage de l'alimentation en combustible sur les proportions ou la qualité du mélange, et aussi dans une large mesure, sur sa quantité, en faisant varier tant le nombre des charges que la compression préalable de chaque charge.
On a reoonnu qu'il existe pour la compression de la charge à produire aux dépens des gaz perdus à l'aide de la turbine à gaz et du compresseur, d'une part une limite maximum au point de vue économique, et, d'autre part,au point de vue de la régularité de l'allwnage, une certaine li- mite minimum, et, qu'en outre le nombre des chargea par unité de temps se trouve limité par les dimensions des récipients de déflagration. On peut considérer comme maximum économique de la pression de charge, la oompression que le compresseur actionné par la turbine à gaz pendus est capable de fournir
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uniquement aux dépens du reste d'énergie encore inhérent aux gaz résiduaires.
Par reste d'énergie encore inhérent aux gaz résiduaires il faut entendre ici l'énergie qui reste encore dans les produits de combustion une fois dépouillés de la totalité de la chaleur sensible utilisable à la production de vapeur. Par contre, la limite minimum de la oompression est donnée principalement par la nécessité d'une évacuation rapide et intégrale des gaz résiduaires (balayage) et d'un brassage efficace de la nouvelle charge. Le nombre des charges par unité de temps, appelé aussi nombre de cycles, est fonc- tion du temps nécessaire au remplissage des récipients de dé- . flagration, à la combustion complète et à l'évacuation in- tégrale des produits de la combustion.
Il importe en outre de s'assurer que les récipients de déflagration soient tou- jours alimentés d'un mélange parfaitement inflammable, sans cependant jamais être trop riche en combustible. La marche est assurée dans les meilleures conditions de sécurité lors- que le rapport le plus favorable entre le combustible et l'air est oonservé dans la mesure du possible pour toutes les oharges.
La présente invention a pour objet un prooédé de réglage s'appliquant aux générateurs de vapeur du type déorit plus haut, et qui consiste à régler la quantité du mélange de combustible et d'air-en conservant un dosage en principe invariable du dit mélange - en fonotion de la pression de la vapeur (de la consommation de vapeur) et cela de telle manière qu'à chaque baisse de la pression de la vapeur (insuffisanoe de vapeur) corresponde d'abord une augmentation du nombre de croies, c'est-à-dire du nombre de charges des récipients par unité de temps, jusqu'au maximum admissible, puis une augmentation de la vitesse de la soufflante de surcompres- sion, c'est-à-dire de la compression avec laquelle les charges
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des récipients s'effectuent,
le supplément de puissance né- cessaire à cet effet au compresseur étant fourni par une sour- ce d'énergie auxiliaire.
A la Fig. I du dessin annexé est représentée sché- matiquement une installation de générateur de vapeur dans laquelle le procédé de réglage décrit est appliqué, tandis que la Fig. 2 montre sohématiquement les appareils ser- vant à réaliser ce procédé.
I, 2 et 3 désignent trois chambres de combus tion dans lesquelles on fait déflagrer successivement, à des intervalles de temps déterminés, des mélanges de combusti- ble et d'air, Les produits de combustion étant à haute pres- sion parcourant à une très grande vitesse les échangeurs de chaleur 4,5, 6 et sont amenés par le tuyau collecteur 7 à la turbine à gaz perdus 8 . Cette turbine à gaz perdus aotionne le oompresseur 9 qui fournit, dans le cas d'un ohauffage à l'huile ou au charbon pulvérisé, uniquement l'air comburant, et le cas échéant, de l'air de balayage mais auquel est encore adj oint, dans le cas de foyers à gaz, un compresseur pour le gaz de chauffage. L'air oom- primé se rend par les tuyaux 10 aux récipients 1. 2. 3 dont l'admission est réglée par les soupapes II à 13.
La même turbine à gaz perdus peut actionner en même temps la pompe de circulation 14 qui prend son eau au collecteur d'eau et de vapeur 15 et la refoule à travers les éohangeurs de chaleur 4 à 6 . De cette manière les produits de combustion sont dépouilles de la totalité de leur chaleur sensible et l'eau de circulation est vaporisée en partie.
Le dégagement des bulles de vapeur se fait dans le tuyau séparateur d'eau et de vapeur 16. La vapeur produite est
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prélevée au dôme de vapeur 17 et peut, après avoir traversé un surohauffeur (qui n'est pas figuré au dessin) être amenée aux points de consommation. Une partie cependant de cette vapeur est derivee en 18 pour servir, en cas de besoin, de vapeur motrice pour la turbine à vapeur 19.
L'installation comprend en outre le mécanisme distributeur
20 servant à actionner les soupapes d'admission 11 a 13.
Ce distributeur est, dans l'exemple décrit, une distribu- tion à cames' commandée par le moteur électrique 21. La turbine vapeur 19 et le moteur électrique 21 de l'exem- ple déorit forment partie intégrante du réglage qui fait l'objet de la présente invention. Ils sont désignés à la Fig. 2 par les mêmes numéros de référence.
Au schéma, du système de réglage de la. Fig. 2, on a supposé par exemple que la transmission des efforts de distribution est assurée au moyen d'huile sous pression.
Il y existe deux systèmes d'huile sous pression : le premier est commandé par l'intermédiaire d'un régulateur de vitesse accouplé aveo le groupe compresseur, le second par l'intermédiaire d'un diaphragme en communication avec le collecteur de vapeur 15. Le fonctionnement de ce genre de distributions à huile sous pression peut être supposé connu. Il consiste en principe en ce que, lorsqu'on dé- oouvre un orifice d'écoulement de l'huile, la pression de l'huile est abaissée et que les organes distributeurs, sollicités par un ressort, sont mus dans le sens de la détente du ressort, tandis que lorsque l'on étrangle l'ori- fioe d'écoulement d'huile, et que par suite la pression de l'huile augmente, le mouvement des organes distribu- teurs se fait dans le sens opposé.
La desoription des dif- férents organes se fera de préférence en liaison avec la
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description des phases du réglage. Celles-ci se déroulent comme suit :
A des charges assez élevées, jusque, la charge normale, les gaz perdus fournissent, une fois le régime établi, à eux seuls l'énergie nécessaire pour actionner le compresseur 9, c'est-à-dire pour assurer la compression du mélange de combustible et d'air à une valeur suffisam- ment élevée.
La position du manchon 30 réglant l'écoulement de l'huile du premier circuit d'huile motrice, man- chon qui est relié au régulateur 31 appartenant au groupe compresseur, laisse par conséquent passer toute l'huile fournie par la pompe 32, de telle sorte que la pression de l'huile est nulle et que la soupape auxiliaire 33 de la turbine à vapeur 19 reste fermée sous l'action de son ressort. Comme on admettra que, en régime, la pression existante de la vapeur est égale à, la pression de marche désirée, le diaphragme du distributeur à membrane élastique 34 occupe une position/moyenne.
Le manchon 35 qui est solidaire du diaphragme, obture déjà à un degré suffisant la lumière du second circuit d'huile, qu'alimente une pom- pe à huile'37 actionnée par exemple par un moteur spécial 36, pour qu'il s'établisse une pression d'huile assez forte pour maintenir le piston du régulateur 38 du nombre de cy-cles dans une position élevée, et telle que la résistan- ce de réglage électrique 39 est en majeure partie hors air- cuit et que le moteur 21 actionnant l'arbre à cames 20 des soupapes d'admission des chambres à combustion marche à une vitesse voisine de son maximum. Le nombre des cycles d'admission aux chambres de combustion atteint par oonsé.. quent son maximum ou une valeur approchante.
S'il se produit au oontraire une diminution de la charge, de sorte que la pression de la vapeur du récipient
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15 augmente, le diaphragme élastique 34 est soulevé davan- tage et le manchon 35 augmente la seotion de passage de l'huile. La pression de l'huile baisse et le ressort du régulateur 38 refoule son piston vers le bas, de telle sorte que la résistance intercalée dans le circuit est aug- mentée et que la vitesse du moteur électrique 21 diminue.
Or en même temps le nombre de oharges,et l'amenée de com- bustible diminuent aussi. Il peut arriver que la quanti- té des gaz perdus et la pression à laquelle ils s'accu- mulent devant l'entrée des tuyères de la turbine à gaz ( qui ne sont pas munies de distributeurs) ne suffisent plus à assurer à la tubrine à gaz et au compresseur la vitesse nécessaire à la charge des chambres, malgré la réduotion du débit.
Le régulateur 31 est accouplé avec l'arbre du compresseur (ait alors coulisser le manchen 30 de telle façon que le premier circuit d'huile est étranglé et la pression de l'huile augmentée dans une mesure suffisante pour que la soupape 33 s'ouvre, et laisse passer à la tur- bine auxiliaire assez de vapeur pour atteindre la vitesse minimum nécessaire au groupe oompresseur,
S'il se produit une augmentation de la charge ou s'il est demandé au générateur une puissance dépassant la charge normale pendant un temps assez long, la pression baisse au collecteur de vapeur, le manchon 35 est amené, sous l'influence du ressort du diaphragme 34, à la pool- tion de fermeture.
La pression du deuxième circuit d'huile augmente, de sorte que non seulement le piston du dispositif de réglage 38 est maintenu dans sa position la plus élevée ( nombre maximum de cycles ) mais que les soupapes de va- peur 40 à 42 s'ouvrent a leur tour successivement .La vites- se du groupe compresseur augmente, et, par suite, le volu- me aspiré et la pression du mélange de combustible et d'air
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puisque, le nombre de cycles (nombre de charges) restant constant, le volume final des charges ne subit plus aucune modification.
La chaleur transmisse a l'eau de circulation augmente aussien même temps que -Le. quantité de chaieur fournie, de telle sorte que la pression de la vapeur re- monte et que les soupapes de vapeur auxiliaires, devenues superflues, sont refermées par suite de la diminution de la pression de l'huile. Cette vapeur auxiliaire sert en effet principalement à produire une accélération plus projeté de .La vitesse nécessaire au groupe compresseur pour assu- rer l'alimentation de la quantité de mélange combustible à fournir.
Une fois l'augmentation de vitesse atteinte, la quantité de gaz brûlés augmente également, ainsi que la compression des gaz devant les tuyères, et dès lors la turbine à gaz fournit à. elle seule toute l'énergie ou du oins presque assez d'énergie pour maintenir le groupe compresseur au régime de travail demandé à chaque instant.
Une fois l'état d'équilibre établi les soupapes à vapeur peuvent dès lors rester fermées, même aux fortes charges, et les variations peu importantes de la charge provoquer uniquement des changements du nombre des cycles de défla- gration.
Afin d'empêcher l'emballement du groupe compres- seur, c'est-à-dire un surréglage vers le haut, le régula- teur de vitesse 31 peut encore être pourvu d'un deuxième manchon 43 qui interrompt, en cas d'un dépassement d'une vitesse maximum du compresseur, aussi le deuxième circuit d'huile. A la Fig. 2 cette combinaison est indiquée par la tuyauterie 44 marquée en pointillé. Les petites valves ou diaphragmes désignés par 45 et 46 sont les organes d'é- tranglement que l'on utilise au réglage de la pression de l'huile.
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Au lieu de se faire par l'intermédiaire d'huile sous pression, la transmission des efforts de réglage pour- rait aussi s'effectuer par des organes méoaniques. Le pro- oédé de réglage qui fait l'objet de l'invention pourrait en outre être réalisé exclusivement au moyen de dispositifs électriques ou de dispositifs aotionnés par des turbines à vapeur. Dans l'exemple déorit ci-dessus on a choisi comme source d'énergie auxiliaire pour le compresseur une tur- bine à vapeur, et pour la commande de la distribution par cames des soupapes d'admission, un moteur électrique; il s'agissait donc d'un procédé mixte . A la place de la tur- bine à vapeur on peut aussi envisager comme source d'é- nergie auxiliaire un moteur électrique.
Le réglage de ce dernier est alors analogue à celui de la distribution des soupapes d'admission de 1'exemple décrit. Inversement, dans le cas d'une oommande par tdrbine à vapeur, l'arbre à oa- mes des soupapes serait également actionné au moyen d'une turbine à vapeur dont le réglage serait effeotué de la même faqon que celui de la turbine de commande du compresseur de l'exemple déorit
Pour faire de l'ensemble de l'installation un tout indépendant, on prendra généralement la vapeur auxiliaire au propre collecteur de vapeur de cette installation, d'autant plus qu'il s'agit de quantités relativement faibles. Il se- rait cependant possible aussi d'utiliser à cet effet de la vapeur de provenance étrangère.
Il est avantageux également de oonstruire le' collecteur de vapeur comme accumulateur de vapeur, ou de le relier avec un récipient spécial pouvant servir d'accumulateur, afin d'avoir constamment à. sa disposi- tion suffisamment de vapeur pour la mise en marche du groupe compresseur-pompe de circulation. La oapaoité d'aooumula- tion de ce récipient peut être relativement faible, puisque
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le dégagement de vapeur est instantané et que s'il existe de l'eau de circulation provenant de l'accumulateur et ayant déjà presque la température de vaporisation, on peut mettre le générateur de vapeur en charge presque immédia- tement.
Pour décrire le procédé on a supposé que les pro- portions du mélange de combustible et d'air restent aussi constantes que possible. Cette condition est pratiquement facile à remplir en faisant varier l'amenée de combusti- ble par exemple en fonction de la position de l'organe ré- gulateur 38 ou d'un régulateur analogue influencé par la pression de l'huile du second circuit d'huile (valve, pa- pillon, pompe à course réglable, eto ...) . Le volume d'air aspiré par le compresseur peut également être utilisé, par exemple par l'intermédiaire d'un tube de Venturi, au dosage du combustible amené .